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      基于國(guó)家電力需求側(cè)管理綜合試點(diǎn)城市的需求響應(yīng)系統(tǒng)及機(jī)制研究

      2014-10-21 11:12:27汪振
      科學(xué)與技術(shù) 2014年11期
      關(guān)鍵詞:區(qū)域性

      摘要:電力是企業(yè)賴以生存與發(fā)展的重要資源,但由于企業(yè)高峰產(chǎn)能或高溫氣候的原因,常規(guī)時(shí)間只用到總?cè)萘康?0%左右,存在巨大浪費(fèi)。因此,本文從用電側(cè)著手,通過(guò)采用先進(jìn)的電力需求響應(yīng)技術(shù)在用電側(cè)方面進(jìn)行優(yōu)化與調(diào)度管理,能夠減緩電力系統(tǒng)的投資,節(jié)省的高峰負(fù)荷相當(dāng)于新建發(fā)電廠與輸配電設(shè)施,同時(shí)也能改善企業(yè)的能源管理,做到以負(fù)荷控制為基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)管控。研究表明,采用需求響應(yīng)技術(shù)能夠在不影響正常生產(chǎn)情況下削減高峰負(fù)荷削減10%以上,也相當(dāng)于企業(yè)獲得10%的電力增容。

      關(guān)鍵詞:需求響應(yīng) 區(qū)域性 負(fù)荷交易

      1. 引言

      電力需求側(cè)管理概念引入我國(guó)已有20多年, 它對(duì)我國(guó)節(jié)能減排和經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮了重要作用,但需求需求響應(yīng)作為需求側(cè)管理的一個(gè)特殊領(lǐng)域在我國(guó)尚處于起步階段[1]。需求響應(yīng)是一種以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、以包括云服務(wù)在內(nèi)的現(xiàn)代信息通信技術(shù)為手段,有巨量用電單位集體參與的用電與供電之間雙向互動(dòng)的有計(jì)劃的項(xiàng)目活動(dòng),其目的是實(shí)現(xiàn)用電高峰期區(qū)域電力最高負(fù)荷的削減。需求響應(yīng)本質(zhì)上是一種用電負(fù)荷精細(xì)化管理方法,通過(guò)對(duì)企業(yè)的各種負(fù)荷的使用情況、歷史數(shù)據(jù)或即時(shí)數(shù)據(jù)以及企業(yè)用電模式等進(jìn)行精細(xì)分析,在企業(yè)內(nèi)部尋找在用電高峰期被浪費(fèi)掉的、可以調(diào)控的、可以節(jié)省的的負(fù)荷,把這些負(fù)荷分門別類與調(diào)控模式聯(lián)系起來(lái)、儲(chǔ)備起來(lái),在電力高峰時(shí)使用。需求響應(yīng)的作用取決于電力用戶參與的規(guī)模。與傳統(tǒng)的有序用電管理相比,需求響應(yīng)是一種自覺自愿的的行動(dòng),客戶參與的驅(qū)動(dòng)力是公開、透明的政府的鼓勵(lì)政策與激勵(lì)辦法。用戶參與需求響應(yīng)幫助電網(wǎng)削減了電力尖峰,維護(hù)了電網(wǎng)的穩(wěn)定、節(jié)省了投資、節(jié)省了能源、為社會(huì)作出了貢獻(xiàn),因而可以得到相應(yīng)的、各種可能的回報(bào)。國(guó)際上,美國(guó)加州及紐約通過(guò)十幾年需求需求響應(yīng)的實(shí)施,在不增加發(fā)電機(jī)組的情況下就滿足的電力增長(zhǎng)的要求,尤其是當(dāng)遇到極端天氣的情況下,需求響應(yīng)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性發(fā)揮了巨大的作用[2]。與新建發(fā)電廠、輸配電設(shè)施相比,需求響應(yīng)實(shí)施的成本一般只有他們的三分之一。

      2. 目的

      2.1 完成國(guó)家需求響應(yīng)試點(diǎn)任務(wù)

      開展需求響應(yīng)是國(guó)家發(fā)改委為解決中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展電力需求問(wèn)題的一個(gè)核心戰(zhàn)略之一,2012年底國(guó)家發(fā)改委選定北京、唐山、佛山、蘇州市成為國(guó)內(nèi)電力需求側(cè)管理綜合試點(diǎn)城市之一,要求完成需求響應(yīng)試點(diǎn)任務(wù)。

      2.2 幫助解決佛山的電力短缺及間歇性新能源問(wèn)題

      試點(diǎn)城市在目前夏季高峰用電期就存在電力短缺的問(wèn)題,許多企業(yè)的生產(chǎn)受到影響,需要擴(kuò)容的企業(yè)很多。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,試點(diǎn)城市需求更多的電力,通過(guò)需求響應(yīng)建立虛擬電廠[4]是解決電力短缺的有效途徑之一。

      消納新能源的間歇性,促進(jìn)以風(fēng)電與太陽(yáng)能發(fā)電為代表的新能源的發(fā)展,為大量電動(dòng)汽車的使用提供彈性的電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力。

      2.3 幫助企業(yè)節(jié)能降耗降低成本

      試點(diǎn)城市的工業(yè)園區(qū)企業(yè)的電費(fèi)每年近5個(gè)億,電力高峰負(fù)荷在15萬(wàn)千瓦左右,負(fù)荷管理與節(jié)能潛力巨大,而且工業(yè)園區(qū)在考慮建設(shè)基于大數(shù)據(jù)的能源管理、生產(chǎn)調(diào)度改進(jìn)系統(tǒng)。需求響應(yīng)系統(tǒng)與大數(shù)據(jù)能源管理平臺(tái)之許多方面是重合的,完成需求響應(yīng)試點(diǎn)在很大程度上看是工業(yè)園區(qū)能源、運(yùn)行管理平臺(tái)的一部分。采用需求響應(yīng)技術(shù)能夠在不影響正常生產(chǎn)情況下削減高峰負(fù)荷削減10%以上,也就是相當(dāng)于企業(yè)獲得10%的電力增容。

      3. 需求響應(yīng)試點(diǎn)實(shí)施構(gòu)架及實(shí)施過(guò)程分析

      3.1 系統(tǒng)概述

      電力需求響應(yīng)系統(tǒng)是服務(wù)于需求響應(yīng)的自動(dòng)化信息系統(tǒng),應(yīng)能夠有效地支持政府部門、電網(wǎng)企業(yè)、電能服務(wù)商、電力用戶共同完成的需求響應(yīng)活動(dòng),提供政府、電網(wǎng)、電能服務(wù)商和用戶之間對(duì)需求響應(yīng)互操作性的共同理解。需求響應(yīng)系統(tǒng)劃分成業(yè)務(wù)層、功能層、信息層、通信層和組件層5個(gè)層面。

      電力需求響應(yīng)系統(tǒng)5大特點(diǎn):

      (1)擴(kuò)展性:原有系統(tǒng)及新設(shè)備的功能擴(kuò)展時(shí),應(yīng)能合格運(yùn)行原有設(shè)備及應(yīng)用程序,盡可能避免設(shè)施及服務(wù)追加成本的大量投入。

      (2)可升級(jí)性:需求響應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)在其進(jìn)行周期性局部系統(tǒng)升級(jí)過(guò)程中,具有無(wú)困難系統(tǒng)功能加強(qiáng)及保持原有運(yùn)行狀態(tài)的能力。

      (3)靈活性:需求響應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)按照一貫的政策進(jìn)行持續(xù)設(shè)計(jì)和運(yùn)行,但允許參與者自主選擇需求響應(yīng)項(xiàng)目的類型和順序,且任一項(xiàng)目在實(shí)施過(guò)程中與原計(jì)劃發(fā)生部分偏離時(shí)不被懲罰。

      (4)可維護(hù)性:系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)子系統(tǒng)可在其生命周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、安全、可靠的系統(tǒng)自維護(hù),同時(shí)支持原有系統(tǒng)的合并和移除。

      (5)安全性:需求響應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)支持抵制未審核/未經(jīng)授權(quán)入侵、訪問(wèn)、物理和網(wǎng)絡(luò)資產(chǎn)使用的功能。

      3.2 系統(tǒng)參與者

      需求響應(yīng)監(jiān)管部門主要進(jìn)行需求響應(yīng)計(jì)劃、動(dòng)態(tài)價(jià)格或需求側(cè)競(jìng)標(biāo)規(guī)則的制定者、費(fèi)率結(jié)構(gòu)的審批者和實(shí)施過(guò)程的監(jiān)督者。

      電力公司主要提供需求響應(yīng)服務(wù),同時(shí)也負(fù)責(zé)需求響應(yīng)系統(tǒng)與電力營(yíng)銷、電力調(diào)度和電能服務(wù)等業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的信息交換。主要負(fù)責(zé)發(fā)布動(dòng)態(tài)電價(jià)、分解發(fā)布負(fù)荷需求及發(fā)布DR事件通知。監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行、考核需求響應(yīng)結(jié)果。對(duì)大量用戶聚合后進(jìn)行需求響應(yīng)服務(wù),需求響應(yīng)聚合系統(tǒng)連接DR終端與需求響應(yīng)服務(wù)系統(tǒng),對(duì)需求響應(yīng)系統(tǒng)發(fā)布的削減負(fù)荷進(jìn)行再分配。

      用戶側(cè)設(shè)施通常由用戶直接管理、也可以委托DR服務(wù)供應(yīng)商管理,用戶側(cè)管理的主要資源有:

      (1)能源系統(tǒng):包括家庭能源管理系統(tǒng)(HEMS)、樓宇能源管理系統(tǒng)(BEMS)、工業(yè)能源管理系統(tǒng)(FEMS)、儲(chǔ)能系統(tǒng)、分布式能源系統(tǒng)等。

      (2)用電設(shè)備:電梯、電機(jī)、工業(yè)設(shè)備、空調(diào)、照明燈具、家用電器等。

      (3)智能設(shè)備:可編程控制器、智能家電、智能終端等。

      (4)網(wǎng)關(guān)設(shè)備:家庭通信網(wǎng)關(guān)、工廠能源網(wǎng)關(guān)等。

      (5)局域網(wǎng):家庭、樓宇、工廠、社區(qū)等本地局域網(wǎng)。

      (6)充電樁:電動(dòng)汽車充電樁等。

      3.3 系統(tǒng)架構(gòu)

      業(yè)務(wù)層規(guī)定需求響應(yīng)政策、業(yè)務(wù)模式、參與者的分工、業(yè)務(wù)能力和業(yè)務(wù)過(guò)程。支持管理者開展需求響應(yīng)業(yè)務(wù),支持監(jiān)管者定義新的市場(chǎng)模式,支持業(yè)務(wù)細(xì)化,保證各個(gè)具體業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)。

      功能層規(guī)定的功能和服務(wù)及其之間的關(guān)系,提供相應(yīng)功能,支撐業(yè)務(wù)流程。功能必須從用例中提取出來(lái)的,功能的表示是邏輯的、獨(dú)立于參與者和物理實(shí)現(xiàn)。

      信息層規(guī)定在功能、服務(wù)和組件之間進(jìn)行交互的信息,定義信息對(duì)象和數(shù)據(jù)模型的基本規(guī)范,提供了通信互操作的通用語(yǔ)義。信息層主要包括業(yè)務(wù)環(huán)境和語(yǔ)義理解功能。規(guī)范幫助語(yǔ)義理解與業(yè)務(wù)內(nèi)容表達(dá)。

      通信層重點(diǎn)規(guī)定了信息交換的協(xié)議和機(jī)制?;谟美?、功能服務(wù)、信息對(duì)象或數(shù)據(jù)模型。通信層主要包括語(yǔ)法的互操作性功能。提供網(wǎng)絡(luò)交互,主要交互流程應(yīng)包括。

      物理層重點(diǎn)規(guī)定了需求響應(yīng)系統(tǒng)的物理分布,包括系統(tǒng)參與者、智能應(yīng)用程序、用戶設(shè)備、電力設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施(有線/無(wú)線通信連接,路由器,交換機(jī),服務(wù)器)和計(jì)算機(jī)。物理層主要包括網(wǎng)絡(luò)的互操作性功能,提供基本連接。

      4. 需求響應(yīng)負(fù)荷來(lái)源分析及響應(yīng)流程

      4.1 需求響應(yīng)負(fù)荷來(lái)源分析

      工業(yè)園區(qū)需求響應(yīng)試點(diǎn)初步的削減負(fù)荷來(lái)源初步分析如下:

      需求響應(yīng)策略 負(fù)荷總量

      (MW) 削減

      比例 削減負(fù)荷

      (MW) 響應(yīng)類型 實(shí)施辦法

      A 中央空調(diào)/

      照明系統(tǒng) 6 8% 0.48 自動(dòng) 提前一天

      或當(dāng)天

      B 試驗(yàn)室負(fù)荷

      管理與優(yōu)化 20 20% 4 半自動(dòng) 提前30分

      鐘或即時(shí)

      C 企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)

      濟(jì)負(fù)荷調(diào)度 10 15% 1.5 半自動(dòng) 提前30分鐘或即時(shí)

      D 分布式太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng) 32 5% 2.2 自動(dòng) 提前30分

      鐘或即時(shí)

      E 變壓器群負(fù)

      荷管理優(yōu)化 10 15% 1.5 半自動(dòng) 提前一天或當(dāng)天

      總計(jì): 9.68

      4.2 響應(yīng)流程

      (1)準(zhǔn)備:發(fā)動(dòng)企業(yè)自愿參與,并于政府管理部門簽訂自動(dòng)需求響應(yīng)協(xié)議。

      (2)發(fā)布:供電局根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)提前一天(或者當(dāng)天上午)在需求側(cè)管理平臺(tái)發(fā)布需響應(yīng)的負(fù)荷量,并通過(guò)需求側(cè)管理平臺(tái)發(fā)布至需求響應(yīng)集成服務(wù)商平臺(tái)或參與企業(yè)。

      (3)負(fù)荷自動(dòng)分配:需求側(cè)管理平臺(tái)根據(jù)模型自動(dòng)分配響應(yīng)負(fù)荷至需求響應(yīng)集成服務(wù)商平臺(tái)或參與企業(yè),并通知參與企業(yè)。(在高級(jí)應(yīng)用階段,參與企業(yè)可以對(duì)響應(yīng)負(fù)荷進(jìn)行競(jìng)價(jià)和交易)。

      (4)實(shí)施與監(jiān)控:參與企業(yè)根據(jù)預(yù)先制定的需求響應(yīng)策略對(duì)電力需求做成響應(yīng),通過(guò)需求側(cè)管理平臺(tái)客戶終端或負(fù)荷集成商提供的用戶終端監(jiān)測(cè)需求響應(yīng)事件過(guò)程,并及時(shí)對(duì)削減負(fù)荷做出調(diào)整。

      (5)效果評(píng)估:需求響應(yīng)平臺(tái)根據(jù)負(fù)荷集成商或參與企業(yè)的實(shí)際負(fù)荷與先前計(jì)算的基準(zhǔn)負(fù)荷計(jì)算企業(yè)的響應(yīng)負(fù)荷,并實(shí)施獎(jiǎng)勵(lì)。對(duì)于以負(fù)荷集成商為主體實(shí)施的需求響應(yīng)試點(diǎn)結(jié)果,政府的獎(jiǎng)勵(lì)資金將與負(fù)荷集成商結(jié)算,參與企業(yè)的收益由負(fù)荷集成商根據(jù)雙方協(xié)議結(jié)算。

      5. 結(jié)語(yǔ)

      需求響應(yīng)是智能電網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵應(yīng)用,是智能用電中最能體現(xiàn)靈活互動(dòng)特征的核心業(yè)務(wù)之一,對(duì)提高供需動(dòng)態(tài)優(yōu)化程度、提升電力資源優(yōu)化配置水平,以及構(gòu)建供用電和諧關(guān)系等方面具有重要作用。自動(dòng)需求響應(yīng)作為需求響應(yīng)的發(fā)展趨勢(shì),主要特征是信息交互標(biāo)準(zhǔn)化、決策智能化和執(zhí)行自動(dòng)化[5]。本文為開發(fā)自動(dòng)需求響應(yīng)管理平臺(tái)提供了理論研究,提出針對(duì)不同參與方(政府,電力公司,用戶),且具備商業(yè)運(yùn)行的各種激勵(lì)方式,并開展試點(diǎn)應(yīng)用,建立國(guó)內(nèi)首個(gè)電力自動(dòng)需求響應(yīng)工業(yè)園區(qū),成為我國(guó)電力需求響應(yīng)的重要試驗(yàn)田。

      參考文獻(xiàn):

      [1] 張欽,王錫凡,王建學(xué),等.電力市場(chǎng)下需求響應(yīng)研究綜述[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2008,32:97-106.

      [2] 張晶,皮學(xué)軍,張翠霞.電力需求響應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究初探[C]2012中國(guó)國(guó)際供電會(huì)議,2012年9月5日,上海.

      [3] 曾鳴,王冬容,陳貞. 需求響應(yīng)的實(shí)施障礙[J].電力需求側(cè)管理,2010,12(1):8-11.

      [4] 國(guó)網(wǎng)能源研究院. 2010 年中國(guó)電力供需分析報(bào)告[M]. 北京中國(guó)電力出版社,2010.

      [5] 張欽,王錫凡,王建學(xué)等. 電力市場(chǎng)下需求響應(yīng)研究綜述[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2008,(3):97-106.

      作者簡(jiǎn)介:

      汪振,1983-03,男,漢族,工程師,南方電網(wǎng)綜合能源有限公司,碩士,研究方向:電力需求側(cè)管理。

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